Storia della Microbiologia PDF

Professore Maria Luisa Savo Sardaro Argomento Storia della Microbiologia  Maria Luisa Savo Sardaro INTRODUZIONE ALLA MICROBIOLOGIA Storia e scopo...

Professore Maria Luisa Savo Sardaro Argomento Storia della Microbiologia  Maria Luisa Savo Sardaro INTRODUZIONE ALLA MICROBIOLOGIA Storia e scopo della Microbiologia Storia della Microbiologia 2 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro Definizione § La Microbiologia è la scienza che studia i microrganismi e la loro attività. § Ha per oggetto la forma, la struttura, la riproduzione, la fisiologia, il metabolismo e l’identificazione dei microrganismi. Storia della Microbiologia 3 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro Comprende lo studio della loro distribuzione in natura le relazioni tra loro e con gli altri esseri viventi gli effetti benefici e dannosi che hanno sugli esseri umani le modificazioni fisiche e chimiche che provocano nel loro ambiente Storia della Microbiologia 4 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro La microbiologia n studia quegli organismi che sono talmente piccoli da non poter essere osservati ad occhio nudo, ma tramite l’utilizzo di un microscopio. n si avvale di tecniche di sterilizzazione e di mezzi di coltura utili per l’isolamento e la crescita dei microrganismi. Storia della Microbiologia 5 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro Il ruolo dell’infinitamente piccolo è infinitamente grande! Louis Pasteur Storia della Microbiologia 6 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro Storia della Microbiologia 7 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro L’importanza dei microrganismi I microbi possono essere: n causa di malattie che colpiscono il regno vegetale ed animale n causa di degradazione degli alimenti n essenziali per la vita n necessari per i cicli geochimici e la fertilizzazione del suolo; n importanti per la conservazione degli alimenti mediante fermentazioni degli alimenti n utilizzati come produttori di farmaci e molecole per uso industriale Storia della Microbiologia 8 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro Generazione spontanea o Biogenesi Aristotele (384-322 a.C.) pensava che gli animali potessero originarsi spontaneamente dalle piante e dal terreno. Secondo il grande pensatore dell’antichità gli organismi viventi si originavano, in genere, da altri organismi a loro simili, però a volte possono anche scaturire dalla materia inerte. Esisterebbe infatti, in tutte le cose, un "principio passivo“ rappresentato dalla materia e un "principio attivo" rappresentato dalla forma. Storia della Microbiologia 9 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro Generazione Spontanea o Biogenesi Fino al XVII secolo si pensava che gli organismi viventi potevano generarsi spontaneamente dalla materia in decomposizione. Storia della Microbiologia 10 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro Il medico e poeta toscano Francesco Redi (1626-1697) confutò la teoria della Generazione spontanea, conducendo esperimenti sulla carne in putrefazione. Nel 1668 Redi condusse una serie di esperimenti i quali avrebbero dovuto dimostrare che la generazione spontanea non esiste. Storia della Microbiologia 11 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro Egli mise della carne di vitello e del pesce in alcuni recipienti che sigillò ermeticamente, lasciandone aperti degli altri. Dopo un po' di tempo poté notare la presenza di vermi (in realtà si trattava di larve di insetti) sulle carni in putrefazione all'interno dei recipienti aperti nei quali entravano e uscivano liberamente mosche e altri insetti, mentre non vi era traccia di organismi viventi all'interno dei recipienti chiusi. Storia della Microbiologia 12 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro All’obiezione degli scienziati aristotelici che dicevano che nei recipienti chiusi ermeticamente mancava l’aria e per questo il principio attivo non si era manifestato, Redi rispose ripetendo l’esperimento chiudendo i recipienti solo con un lembo di stoffa sottile e fine in modo che non potesse né entrare né uscire nulla tranne l’aria. Ugualmente non vi fu traccia di organismi viventi all’interno di questi recipienti. Quindi Redi dimostrò che i vermi comparivano solo se le mosche potevano entrare a deporre le uova sulla carne: quindi la teoria della generazione spontanea era smentita. Storia della Microbiologia 13 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro Generazione Spontanea o Biogenesi Invenzione del Microscopio: 1595 un olandese Zacaria Jannsen e il 1624 Galileo Galilei Antony van Leeuwenhoek (1632-1723) nel 1676 scopre gli “animalcules” grazie al suo microscopio. John Needham (1713-1781) nel 1748 rese noti i risultati dei suoi esperimenti, condotti sul brodo di montone, a favore della teoria della Generazione spontanea. Storia della Microbiologia 14 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro Più o meno nello stesso tempo in cui Redi compiva i suoi esperimenti un naturalista olandese, di nome Anton Van Leeuwenhoek (1632–1723), osservò, per la prima volta, la presenza di microrganismi attraverso un rudimentale microscopio da lui stesso costruito. Le osservazioni al microscopio ben presto si moltiplicarono e la presenza di un numero tanto abbondante di microrganismi all'interno di tutte le sostanze esaminate fece risorgere l'idea della generazione spontanea, che gli esperimenti di Redi sembravano avere allontanato. Le osservazioni di Leeuwenhoek stimolarono nuove ricerche in quella direzione e la disputa fra teoria della biogenesi (la vita deriva dalla vita) e teoria della abiogenesi o generazione spontanea (la vita si origina da sostanze non viventi) si spostò dal mondo macroscopico dei vermi e delle mosche a quello microscopico dei protozoi e dei batteri. Storia della Microbiologia 15 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro Antony van Leeuwenhoek Tra i primi scienziati ad utilizzare, diffondere e migliorare l'uso del microscopio, a partire dal XVII secolo Storia della Microbiologia 16 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro Nel 1745 il naturalista inglese John Needham condusse una serie di esperimenti che dettero nuovo vigore alla tesi dell’abiogenesi. Egli scaldò vari liquidi nutritivi come il brodo di pollo o gli infusi d'erbe coi quali riempì alcune provette che poi tappò con della garza. Ebbene, nonostante tutti gli accorgimenti adottati affinché non entrasse nulla nelle provette che contenevano le soluzioni nutritive scaldate dal calore, dopo alcuni giorni si poteva notare che queste pullulavano di organismi viventi. I risultati dei suoi esperimenti lo convinsero che la generazione spontanea era effettivamente possibile. Storia della Microbiologia 17 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro Spallanzani (1729-1799) introduce la pratica della sterilizzazione dei terreni e nel 1799 attacca la teoria della abiogenesi, perfezionando l’esperimento di Needham. Alcuni anni più tardi infatti, rifece gli stessi esperimenti di Needham ma riscaldando il liquido nutritivo molto più a lungo e a temperature molto più alte, fino a farlo bollire per alcuni minuti. Ebbene il risultato fu che anche dopo molti giorni i liquidi contenuti nelle provette, questa volta ermeticamente tappate, rimanevano limpidi e non mostravano la presenza di microrganismi al loro interno. Storia della Microbiologia 18 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro La controversia continuò ancora per molti anni e si concluse definitivamente verso la metà del XIX secolo quando il biologo francese Louis Pasteur ideò un esperimento che avrebbe messo la parola fine a una questione che sembrava irrisolvibile. L'esperimento venne condotto all'interno di un apparato molto semplice, ma geniale, costruito in modo tale da non poter più dar adito a dubbi. Pasteur inventò dei contenitori di vetro con un lungo collo ricurvo ad S (detti, per la loro forma, "palloni a collo di cigno"), che gli permisero di fare l’esperimento in presenza di aria in questo modo: Storia della Microbiologia 19 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro Storia della Microbiologia 20 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro A. all'interno di normali palloni a collo corto Pasteur riponeva la soluzione nutritiva (brodo di coltura); B. il collo corto dei palloni veniva poi assottigliato ed allungato a collo di cigno; C. i palloni venivano messi a bollire per più di un'ora lasciando che il vapore uscisse liberamente dall'orifizio terminale del collo ricurvo. D. Spenta la fiamma, il liquido contenuto nel recipiente cominciava a raffreddarsi lentamente dopo aver richiamato aria dall'esterno, a causa della depressione conseguente al riscaldamento. E. Un gruppo di palloni veniva lasciato così a temperatura ambiente per qualche giorno; F. Ad un secondo gruppo di palloni Pasteur rompeva la parte ad S del collo lasciandoli nello stesso ambiente e per lo stesso tempo degli altri. Storia della Microbiologia 21 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro RISULTATI: All’osservazione nel brodo contenuto nei palloni con il collo ad S non c’era traccia di contaminazione di microrganismi, mentre nei palloni con il collo rotto il brodo di coltura era intorbidito e ricco di microrganismi. Quindi Pasteur concluse che i microrganismi arrivavano sul brodo di coltura, dove si riproducevano in gran quantità, con il pulviscolo contenuto nell’aria. SINTESI FINALE DI PASTEUR: Nelle condizioni ambientali oggi esistenti sul pianeta Terra la generazione spontanea non è possibile e quindi ogni organismo, anche unicellulare, può derivare solo da uno simile preesistente. Storia della Microbiologia 22 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro Generazione spontanea o Biogenesi § Louis Pasteur (1822-1895) introduce l’uso dei recipienti con collo di cigno. § John Tyndall (1820-1893) nel 1877 dimostra che la polvere può trasportare i germi. § Fernand Cohn nel 1877 scopre le endospore termoresistenti. § Robert Koch nel 1876 introduce il concetto di eziologia. Storia della Microbiologia 23 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro Louis Pasteur e Robert Koch Storia della Microbiologia 24 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro Microbi e malattie Molte malattie sono causate da infezioni virali, batteriche, fungine e protozoarie. 1876 I postulati di Koch vengono utilizzati per determinare il legame che esiste tra una malattia ed il microrganismo che si sospetta ne sia la causa. Storia della Microbiologia 25 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro Postulati di Koch 1. L’agente causale deve essere presente in tutti i casi della malattia di cui è ritenuto responsabile e deve essere invece assente negli individui sani. 2. L’agente causale deve essere isolato dall’individuo affetto e, posto in coltura, deve dare origine ad una popolazione cellulare omogenea (una sola specie). Storia della Microbiologia 26 di 27  Maria Luisa Savo Sardaro Postulati di Koch 3. L’inoculo di una coltura pura dell’agente causale in individui sani deve dare luogo alla comparsa della malattia di cui si ritiene responsabile. 4. L’agente causale deve essere re-isolato dall’individuo infettato sperimentalmente. Storia della Microbiologia 27 di 27 Professore Maria Luisa Savo Sardaro Argomento Tassonomia o Sistematica dei batteri  Maria Luisa Savo Sardaro Classificazione degli esseri viventi Il dominio Bacteria – i batteri rappresentano un gruppo di procarioti molto diversificato e abbondante. Essi si trovano praticamente ovunque sulla Terra; il dominio Archaea – anche gli archei sono procarioti, ma dal punto di vista biochimico sono più affini agli eucarioti che ai batteri. Essi vivono in ambienti estremi; il dominio Eukarya – gli eucarioti comprendono sia forme unicellulari sia organismi pluricellulari, tutte con cellule dotate di un nucleo racchiuso da una membrana. La riproduzione degli eucarioti è sessuata e si osservano diversi tipi di ciclo vitale. Tassonomia o Sistematica dei batteri 2 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Il sistema di classificazione a tre domini Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 Tassonomia o Sistematica dei batteri 3 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Classificazione dei Microrganismi Tassonomia Studia la classificazione dei microrganismi in un sistema gerarchico. Raggruppando i microrganismi, che presentano caratteri morfologici biochimici e genetici simili, in gruppi o taxa Tassonomia o Sistematica dei batteri 4 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Phylum Firmicutes Classe Bacilli (III) Clostridia ……… Ordine Bacillales (I) Lactobacillales Famiglia Bacillaceae (I) Listeriaceae Staphylococcaceae ……. Genere Bacillus (I) …………………….. Specie B. anthracis B. cereus B. thuringiensis B. subtilis …… Tassonomia o Sistematica dei batteri 5 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro CLASSIFICAZIONE dei BATTERI unità tassonomica = specie: insieme di ceppi batterici che mostrano molte caratteristiche fenotipiche comuni che ne permettono la distinzione da altre specie. ceppo o clone = insieme di cellule geneticamente identiche, derivate da subcoltura di una singola colonia isolata in purezza. – ceppo tipo (type strain): coltura da cui è stata descritta originariamente la specie; depositata presso collezioni di colture batteriche (ATCC...); esempio permanente della specie. – ceppo di referenza: coltura usata in studi di malattie infettive e per diverse applicazioni di laboratorio; depositata presso collezioni (≠ ceppi per ≠ usi). Tassonomia o Sistematica dei batteri 6 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro CLASSIFICAZIONE dei BATTERI a seconda del tipo di differenze tra ceppi di una stessa specie: Biotipi o Biovars: ceppi caratterizzati da differenze biochimiche o fisiologiche Sierotipi o Serovars: ceppi caratterizzati da differenze antigeniche Fagotipi o Phagovars: ceppi caratterizzati da differenze di sensibilità a diversi batteriofagi Resistotipi: ceppi caratterizzati da differenze nella resistenza agli antibiotici Tassonomia o Sistematica dei batteri 7 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Classificazione degli Esseri Viventi Linneo e la nomenclatura binomia Nel Settecento il botanico svedese Carl von Linné o Linneo (1707−1778) propose un nuovo modo scientifico per catalogare gli organismi. La classificazione sistematica ideata da Linneo dà «un nome e un cognome» alle specie viventi attraverso la nomenclatura binomia. Tassonomia o Sistematica dei batteri 8 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Classificazione Dei Batteri nomenclatura binomiale nome di specie costituito da 2 parole latine (in corsivo o sottolineato) 1a = genere (iniziale maiuscola) 2a = specie (iniziale minuscola) classificazione descritta nel “Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology” aggiornamenti tassonomici sono riportati in alcuni siti internet ad es.: http://www.bacterio.cict.fr/ Tassonomia o Sistematica dei batteri 9 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Quali metodi possono essere adottati per identificare e classificare un batterio? 1) Metodi microbiologici tradizionali basati sulle osservazione delle caratteristiche fenotipiche del ceppo isolato 2) Metodi microbiologici avanzati basati sullo studio delle sequenze genetiche quindi del carattere genetico legato al DNA specifico del ceppo isolato. Tassonomia o Sistematica dei batteri 10 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro 1) La colorazione di Gram (dal nome del patologo danese che la mise a punto alla fine dell’800) è un metodo che classifica i batteri in base a differenze nella loro parete cellulare. I batteri vengono dapprima trattati con cristal-violetto e poi con una soluzione iodo-iodurata (liquido di Lugol); quindi decolorati con alcool etilico o acetone e ricolorati con un colorante diverso dal primo (fucsina). Quelli che cedono il primo colore sono detti Gram-negativi (Gram -), quelli che lo trattengono Gram-positivi (Gram +). Batteri Gram + Batteri Gram - Tassonomia o Sistematica dei batteri 11 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro 2) Tassonomia o Sistematica dei batteri 12 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Tassonomia o Sistematica dei batteri 13 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Tassonomia o Sistematica dei batteri 14 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Tassonomia o Sistematica dei batteri 15 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Tassonomia o Sistematica dei batteri 16 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Tassonomia o Sistematica dei batteri 17 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Tassonomia o Sistematica dei batteri 18 di 18 Professore Maria Luisa Savo Sardaro Argomento Procarioti e Eucarioti  Maria Luisa Savo Sardaro Quali sono i microrganismi? Questa categoria comprende: virus, batteri, funghi, protozoi ed alcuni tipi di alghe. Esistono due tipi fondamentalmente differenti di cellule microbiche: Procariotiche Eucariotiche Procarioti e Eucarioti 2 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro PROCARIOTI n Organismi con struttura cellulare semplice ed un nucleo primitivo non separato, da una membrana, dal citoplasma. n Le cellule maggiormente rappresentative del gruppo dei Procarioti sono quelle batteriche. Procarioti e Eucarioti 3 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro EUCARIOTI n Questi organismi sono caratterizzati da una cellula avente un nucleo delimitato da una membrana che lo separa dal citoplasma, organelli interni (mitocondri, cloroplasti..), complessi di membrane. n Appartengono al gruppo degli Eucarioti: le alghe, i funghi, i protozoi, le piante superiori e gli animali. Procarioti e Eucarioti 4 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro E’ sempre un problema di dimensioni!!! Procarioti e Eucarioti 5 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Organizzazioni cellulari Cellula procariotica (Procarioti) Archeobatteri, Eubatteri Cellula eucariotica (Eucarioti) Protisti, Funghi, Piante, Animali Nucleo, Sistema di membrane interne, Compartimentazione citoplasma Procarioti e Eucarioti 6 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro La cellula dei procarioti Apparentemente semplice.................... Flagelli I batteri possono essere statici o muoversi nell’ambiente circostante per mezzo di particolari Pili appendici distribuite sulla superficie cellulare. Per conferire forma e rigidità alla cellula i batteri Parete possiedono un rivestimento (parete batterica) che ricopre la membrana plasmatica Procarioti e Eucarioti 7 di 18. Maria Luisa Savo Sardaro Membrana Barriera selettiva, semipermeabile, simile a plasmatica quella delle cellule animali e vegetali Citoplasma Il citoplasma ha caratteristiche analoghe a quello degli altri organismi viventi e lo stesso vale per le reazioni biochimiche. Sprovvisti di un nucleo separato dal citoplasma Nucleoide per mezzo di membrana, e mancano anche di cromosomi morfologicamente identificabili: il cromosoma batterico è infatti un'unica molecola di DNA Procarioti e Eucarioti 8 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro La cellula dei procarioti Citoplasma Nucleoide Ribosomi Parete cellulare Pili Procarioti e Eucarioti 9 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro La membrana plasmatica La membrana cellulare si trova tra la parete e il citoplasma. È costituita da un doppio strato di molecole lipidiche, che rappresenta la struttura portante, tra la quali sono inserite delle molecole proteiche, responsabili delle diverse funzioni della membrana; sono infatti enzimi catalizzatori, recettori di stimoli e ancora sono proteine di trasporto di sostanze attraverso la membrana. La sua funzione non è solo quella di selezionare la direzione e l’entità degli scambi con l’esterno, ma è legata anche alla divisione cellulare. Nei batteri che producono ATP tramite la respirazione, è sede degli enzimi, dei vettori di idrogeno dei processi di fosforilazione ossidativa che nelle cellule eucariotiche si trovano nei mitocondri Procarioti e Eucarioti 10 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Citoplasma Composizione: - Cytosol - Particelle insolubili in sospensione Cytosol:- solvente acquoso - soluti vari: ioni, micro e macromolecole Procarioti e Eucarioti 11 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Rivestimenti esterni Capsula Membrana Esterna Caratterizzano i batteri Parete cellulare Membrana plasmatica Procarioti e Eucarioti 12 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Funzioni della parete cellulare Involucro rigido al di sopra della membrana citoplasmatica Anti lisi osmotica Forma (Bastoncini, cocchi, a virgola, a spirale) Caratteristiche tintoriali (Gram+ e Gram -) Virulenza e patogenicità Costituisce il bersaglio di molti antibiotici Procarioti e Eucarioti 13 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Le diverse forme della cellula batterica Sferica Bastoncelli Spiralati Procarioti e Eucarioti 14 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Cocchi Str. thermophilus Staphylococcus epidermidis St. thermophilus Procarioti e Eucarioti 15 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Bacilli Bacillus anthracis Lb. bulgaricus Lb. casei Procarioti e Eucarioti 16 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Spirilli - Spirocheta Spiranthes Rich. Gli spirilli hanno una cellula con una forma a spirale per la presenza di una o più curvature. Es. Campylobacter, enterite acuta; Helicobacter pilori gastrite acuta Procarioti e Eucarioti 17 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Vibrioni Vibrio cholerae L’agente del colera negli esseri umani Procarioti e Eucarioti 18 di 18 Professore Maria Luisa Savo Sardaro Argomento La parete cellulare e caratteristiche dei procarioti  Maria Luisa Savo Sardaro Costituzione della parete batterica Componente strutturale della parete: il peptidoglicano 1. singola macromolecola 2. lunghissimo polimero lineare, stabilizzato da fitti legami trasversi 3. avvolge la cellula, formando un astuccio rigido e resistente 4. determina la forma 5. impedisce il rigonfiamento La parete cellulare e caratteristiche dei procarioti 2 di 17  Maria Luisa Savo Sardaro Organizzazione della parete batterica Organizzazione diversa della parete nei Gram positivi Gram negativi La parete cellulare e caratteristiche dei procarioti 3 di 17  Maria Luisa Savo Sardaro Organizzazione della parete batterica Gram positivi Gram negativi Strato unico Strato doppio Strato spesso di mureina con molti Strato più sottile di mureina con legami crociati meno legami crociati – nel contesto proteine, ac teicoici, ac lipoteicoici al di sopra membrana esterna – proteine, lipidi, lipoproteine, lipopolisaccaridi La parete cellulare e caratteristiche dei procarioti 4 di 17  Maria Luisa Savo Sardaro Parete P: peptidoglicano; ME: membrana esterna; MC: membrana citoplasmatica. La parete cellulare e caratteristiche dei procarioti 5 di 17  Maria Luisa Savo Sardaro Struttura del peptidoglicano Gram-positivi Membrana esterna Gram-negativi La parete cellulare e caratteristiche dei procarioti 6 di 17  Maria Luisa Savo Sardaro Struttura e differenze della parete cellulare nei batteri gram-positivi e gram- negativi La parete cellulare e caratteristiche dei procarioti 7 di 17  Maria Luisa Savo Sardaro Capsula Sia i batteri Gram-positivi che Gram-negativi possono presentare un ulteriore involucro esterno mucoso detto capsula. Prodotto di secrezione della cellula batterica. Proprietà: – Polisaccaridi o Polipeptidi – Adesione al “substrato” – Difesa (sistema immunitario, batteriofagi, disinfettanti chimici) – Protezione dalla disidratazione – Patogenicità (Streptococcus pneumoniae) La parete cellulare e caratteristiche dei procarioti 8 di 17  Maria Luisa Savo Sardaro La parete cellulare e caratteristiche dei procarioti 9 di 17  Maria Luisa Savo Sardaro La parete cellulare e caratteristiche dei procarioti 10 di 17  Maria Luisa Savo Sardaro La formazione delle endospore nei batteri In condizioni ambientali sfavorevoli alcuni batteri formano endospore: una porzione del citoplasma e una copia del cromosoma si disidratano e vengono racchiusi all’interno di un rivestimento protettivo duro. La parete cellulare e caratteristiche dei procarioti 11 di 17  Maria Luisa Savo Sardaro I procarioti si riproducono per via asessuata I procarioti si riproducono per via asessuata mediante la scissione binaria, un processo che produce due cellule figlie di dimensioni e contenuto pressoché identici. L’immagine illustra i tre stadi della scissione binaria. La parete cellulare e caratteristiche dei procarioti 12 di 17  Maria Luisa Savo Sardaro Scissione binaria – Scissione in 2 cellule uguali Gemmazione – Produzione cellule più piccole da una “madre” Ricombinazione genetica – Scambio di DNA tra 2 cellule diverse La parete cellulare e caratteristiche dei procarioti 13 di 17  Maria Luisa Savo Sardaro La riproduzione dei batteri è asessuata e avviene mediante la divisione di un individuo in due cellule figlie uguali tra loro e identiche alla progenitrice e viene definito scissione binaria, processo molto simile, ma molto più semplice della mitosi cellulare, e comprende anche la riorganizzazione del citoplasma e la costituzione di nuove strutture cellulari. Questo processo si ripete, ogni divisione impiega circa 30 minuti, e la coltura batterica cresce. La parete cellulare e caratteristiche dei procarioti 14 di 17  Maria Luisa Savo Sardaro Nucleoide Porzione del citoplasma dove si concentra il DNA DNA procariotico: Unica molecola circolare Pochissime proteine legate Attaccato alla MP La parete cellulare e caratteristiche dei procarioti 15 di 17  Maria Luisa Savo Sardaro L’informazione genica nei batteri Nei batteri il programma viene registrato su di una lunga molecola di DNA, chiusa ad anello à cromosoma batterico Nella cellula batterica possono essere presenti altri piccoli anelli di DNA che portano poche informazioni -geni- à i plasmidi plasmide cromosoma I plasmidi possono passare da una cellula batterico batterica a un’altra à trasformazione batterica La parete cellulare e caratteristiche dei procarioti 16 di 17  Maria Luisa Savo Sardaro STRUTTURA del DNA La parete cellulare e caratteristiche dei procarioti 17 di 17 Professore Maria Luisa Savo Sardaro Argomento Funzione e Importanza  Maria Luisa Savo Sardaro Identikit Microrganismi Cosa fanno? Come si Chi sono? Dove vivono? nutrono? Batteri Gram+ Gram - Funzione e Importanza 2 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Cosa fanno? Funzione e Importanza 3 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Una singola cellula è capace di: Funzione e Importanza 4 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Funzione e Importanza 5 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Una suddivisione molto importante è quella che raggruppa i batteri secondo il livello di temperatura a cui possono crescere: si hanno così, per questa suddivisione, tre sottoclassi che sono i batteri psicrofili, i batteri mesofili e i batteri termofili. Funzione e Importanza 6 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Un’ulteriore classificazione è basata sulle diverse modalità di respirazione in base alle quali distinguiamo: Funzione e Importanza 7 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro In relazione alla fonte di nutrimento (molecole altamente energetiche) i batteri vengono classificati in.............................. Funzione e Importanza 8 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Batteri autotrofi: sono gli organismi in grado di sintetizzare molecole biologiche ad alta energia a partire da molecole inorganiche a bassa energia. Batteri eterotrofi: sono gli organismi che per il proprio metabolismo utilizzano molecole organiche complesse sintetizzate dagli organismi autotrofi. Funzione e Importanza 9 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro I batteri autotrofi sono organismi che al pari delle piante verdi sono in grado di sintetizzare i propri costituenti cellulari utilizzando sostanze inorganiche semplici. Tra questi vi sono i batteri fotosintetici (utilizzano l’energia luminosa per produrre energia chimica utile per i processi vitali) e i chemiosintetici (utilizzano i composti inorganici per soddisfare il loro fabbisogno energetico e sintetizzare i propri costituenti cellulari) Funzione e Importanza 10 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro La sostanza vivente è soggetta a trasformazioni cicliche che costituiscono il METABOLISMO Metabolismo biosintetico: Costruzione da composti inorganici ® sintesi di sostanza organica, fotosintesi - anabolismo Metabolismo energetico o catabolismo: Demolizione di sostanza organica® ripristino dei composti inorganici , mineralizzazione - catabolismo Funzione e Importanza 11 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro I microrganismi sono in grado di fare quasi tutto, meglio dei Cosa fanno? biologi o dei chimici o di tutti! (Perlman, 1979) ✔Sono soprattutto impegnati nelle decomposizioni biologiche, attraverso le quali il carbonio immagazzinato negli organismi viventi viene ossidato a CO2 ✔ Sono responsabili delle trasformazioni biologiche nei cicli biogeochimici, nei quali viene messa in evidenza la biodiversità microbica ✔ Sono i “fornitori ufficiali” di sali minerali, azoto, vitamine, ormoni … per le piante, dalle quali ricevono zuccheri e aminoacidi Funzione e Importanza 12 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Dove vivono? OVUNQUE!!!!!! Si trovano in quasi tutti gli ambienti, Il suolo stesso è un aria, acqua, ghiaccio, sorgenti calde e organismo “vivente” perfino negli sbocchi idrotermali delle profondità oceaniche. Alcuni proliferano negli alimenti, mentre altri stabiliscono varie forme di simbiosi con piante, animali e altri organismi. Funzione e Importanza 13 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Organismi viventi e cicli degli elementi nutritivi Gli organismi viventi e l'ambiente sono legati tra loro in maniera inseparabile e interagiscono reciprocamente, in modo tale che un flusso di energia porta a una ben definita struttura trofica e ad una ciclizzazione degli elementi nutritivi. Funzione e Importanza 14 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Produttori, consumatori e decompositori I batteri, come tutti gli organismi viventi, sono divisi in tre grandi gruppi: Produttori primari organismi fotosintetici, autotrofi Consumatori organismi eterotrofi Decompositori Solo microrganismi : batteri e funghi Funzione e Importanza 15 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Ciclo del carbonio Ciclo della CO2 nella biosfera Il carbonio è l’elemento centrale nella struttura della materia vivente, ma è la CO2 il composto “chiave” coinvolto nel ciclo. Esso viene CO2 CO2 CO2 prelevato utilizzato restituito all’ambiente Produttori Consumatori Decompositori I produttori assimilano la CO2 e la forniscono a I microrganismi decompositori compiono la consumatori e decompositori. L’attività di mineralizzazione e sono altrettanto essenzia fotosintesi globale è tale che la riserva dei produttori primari perché rinnovano le dell'atmosfera si esaurirebbe in circa 20 anni riserve di CO2 dell'atmosfera Funzione e Importanza 16 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Ciclo del carbonio Il carbonio, elemento centrale nella struttura della materia vivente, viene prelevato come CO2 utilizzato e restituito all’ambiente come CO2 attraverso funzioni diverse e meccanismi di trasferimento che interessano tutti i livelli trofici e l’intera biosfera. Funzione e Importanza 17 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Ciclo dell’azoto L'azoto è il nutriente più richiesto da tutti gli organismi viventi che lo assumono generalmente sotto forma di ammonio, nitrati e composti organici. Queste forme azotate sono piuttosto scarse nelle acque e nel terreno per cui l'azoto diviene spesso il fattore limitante nello sviluppo e nella crescita di tutti gli organismi viventi. Funzione e Importanza 18 di 18 Professore Maria Luisa Savo Sardaro Argomento I parametri che influenzano la crescita microbica: il pH  Maria Luisa Savo Sardaro I parametri che influenzano la crescita microbica negli alimenti I parametri che influenzano la crescita microbica: il pH 2 di 26  Maria Luisa Savo Sardaro La colonizzazione di un alimento da parte di specie e ceppi di microrganismi, siano essi patogeni o alterativi, così come protecnologici, dipende strettamente dalle condizioni ecologiche che si realizzano nell’alimento stesso. La comunità microbica iniziale può essere sostituita da nuove comunità microbiche in funzione dei fattori intrinseci, estrinseci, tecnologici ed impliciti che ricorrono durante i processi di produzione e di conservazione (SELEZIONE). I parametri che influenzano la crescita microbica: il pH 3 di 26  Maria Luisa Savo Sardaro Nel corso della produzione, trasformazione, trasporto, conservazione e consumo di un alimento, i microrganismi che lo contaminano possono crescere, sopravvivere o morire in funzione dell’azione esercitata da una serie di fattori ecologici. Quando le condizioni ecologiche dell’alimento sono favorevoli, i microrganismi si moltiplicano, aumentando come numero e come massa. I parametri che influenzano la crescita microbica: il pH 4 di 26  Maria Luisa Savo Sardaro Ciclo di crescita di una popolazione batterica IMPORTANTE: Fattori che influenzano lo sviluppo microbico I parametri che influenzano la crescita microbica: il pH 5 di 26  Maria Luisa Savo Sardaro FATTORI DI CRESCITA Modificazioni Effetto sui microrganismi: parametri chimico- modifica del periodo di latenza fisici degli alimenti modifica velocità crescita modifica numero microrganismi in fase stazionaria modifica vitalità microrganismi TECNOLOGIA MATERIA PRIMA ALIMENTO I parametri che influenzano la crescita microbica: il pH 6 di 26  Maria Luisa Savo Sardaro FATTORI DI CRESCITA I microrganismi presentano la capacità di adattarsi ai processi tecnologici inibenti Esempio: Aumento della termoresistenza In B. cereus è stato ad esempio osservato nelle spore isolate da latte UHT Esempio: Capacità di crescere a basse temperature Alcuni ceppi di Salmonella sono in grado di sviluppare al di sotto di 10°C come conseguenza dell’enorme diffusione della refrigerazione per la conservazione degli alimenti I parametri che influenzano la crescita microbica: il pH 7 di 26  Maria Luisa Savo Sardaro FATTORI DI CRESCITA FATTORI INTRINSECI FATTORI ESTRINSECI Sono l’espressione delle caratteristiche Sono l’espressione delle condizioni fisiche, chimiche e biologiche dell’ambiente in cui è conservato dell’alimento l’alimento. Attività dell’acqua (aw) Temperatura pH Umidità Potenziale redox Tenore dei gas dell’atmosfera Strutture e nutrienti dell’ambiente di conservazione (CO2, O2, N2) Antimicrobici N.B. Tecnologia Differenza tra prodotti freschi e trasformati I parametri che influenzano la crescita microbica: il pH 8 di 26  Maria Luisa Savo Sardaro Le tecniche di lavorazione e conservazione delle materie prime, dei semilavorati e dei prodotti finiti vengono impiegate per prevenire la comparsa dei fenomeni alterativi ma non potranno rendere igienicamente accettabile un prodotto con cariche microbiche elevate o preparato in condizioni igienico sanitarie scadenti. QUINDI Affinché i trattamenti tecnologici siano efficaci 1. materie prime esenti da microrganismi patogeni o loro tossine 2. materie prime con cariche microbiche accettabili 3. effettuare una lavorazione igienica in modo da prevenire o mantenere entro valori accettabili le contaminazioni ed in particolare limitare la riproduzione microbica I parametri che influenzano la crescita microbica: il pH 9 di 26  Maria Luisa Savo Sardaro FATTORI CHE INCIDONO SULLA CRESCITA DEI MICRORGANISMI NEGLI ALIMENTI pH DEL SUBSTRATO Aw INTRINSECI POTENZIALE REDOX E DISPONIBILITÀ DI O2 COMPOSIZIONE ALIMENTO- CONTENUTO DI NUTRIENTI TEMPERATURA ESTRINSECI ATMOSFERA DI CONSERVAZIONE DELL’ ALIMENTO I parametri che influenzano la crescita microbica: il pH 10 di 26  Maria Luisa Savo Sardaro pH La maggior parte dei microrganismi cresce meglio intorno alla neutralità (pH 6.5-7.5). Poche specie microbiche sono in grado di sviluppare quando il pH scende al di sotto di 4.0. Tra questi ritroviamo principalmente: - LIEVITI - MUFFE - BATTERI ACIDOTOLLERANTI (batteri lattici, batteri acetici) La maggior parte dei microrganismi PATOGENI non sono in grado di sviluppare a pH